WORKSHOP ENERGIA E SOSTENIBILITÀ PER LA P.A.: STRUMENTI ... · La conservazione e la...

Arch. Francesca Margiotta

WORKSHOP ENERGIA E SOSTENIBILITÀ PER LA P.A.:

STRUMENTI PER LA RIQUALIFICAZIONE

ENERGETICA E SISMICA

Benevento 13/06/2019

Soluzioni progettuali per interventi di

efficientamento energetico sugli edifici

2

Impieghi finali di energia

La conservazione e la riqualificazione degli edifici esistenti, di importanza storica e monumentale

e non, è un tema rilevante e strategico in ambito nazionale, europeo ed internazionale.

Questo è ancora più vero in ambito

energetico dato che il patrimonio

edilizio esistente copre circa il 40%

degli impieghi finali nazionali di

energia. Il rimanente 60% è impiegato

per circa il 28% dal settore industriale

e per circa il 32% dal settore trasporti.

3

Consumi energetici

48,4 Mtep Consumo energetico finale (anno 2015)

Di cui:

32,5 Mtep Residenziale

15,9 Mtep Terziario

Risparmio di energia finale atteso al 2020 per settore (Mtep/a)

4

Consumo medio:

Residenziale: 110 kWh/m2a

Terziario: 80÷170 kWh/m2a

Gli edifici hanno un grosso potenziale di efficientamento

e risparmio energetico

Strumenti più efficaci per raggiungere gli obiettivi di:

• minimizzare i consumi

• migliorare il comfort interno

• aumentare la sostenibilità ambientale

Consumi energetici

5

88,90% 90,39% 91,30%

11,10% 9,61% 8,70%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Italia Campania Benevento

residenziale non residenziale

Distribuzione del patrimonio edilizio

per tipologie d’uso degli edifici

6

Patrimonio edilizio italiano

0 500000 1000000 1500000 2000000 2500000 3000000 3500000 4000000 4500000

Ante 1918

1919/1960

1961/1980

1981/2000

Oltre 2001

Distribuzione del patrimonio edilizio italiano (13,7 Mln di Edifici) per epoca di costruzione

~70% antecedente al 1976 (L.373)

7

Parco residenziale - Benevento

14,63%

4,64%

9,76%

6,97%

11,96%

16,03%

18,43%

19,54%

16,60% 16,39%

15,24%

18,35%

8,13%

11,92%

3,30% 3,92%

1,94% 2,24%

0,00%

2,00%

4,00%

6,00%

8,00%

10,00%

12,00%

14,00%

16,00%

18,00%

20,00%

Benevento Provincia Benevento Comune

Epoca di costruzione - Censimento ISTAT 2011

ANTE 1918 1919-1945 1946-1960 1961-1970 1971-1980 1981-1990 1991-2000 2001-2005 POST 2006

Epoca di costruzione ANTE 1918 1919-1945 1946-1960 1961-1970 1971-1980 1981-1990 1991-2000 2001-2005 POST 2006

Benevento Provincia 12149 8105 9927 15302 13780 12654 6750 2741 1607

Benevento Comune 355 533 1226 1495 1254 1404 912 300 171

8

Benevento

9

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

90,00%

100,00%

Benevento Provincia Benevento Comune

Caratteristiche costruttive degli edifici residenziali - Censimento ISTAT 2011

muratura portante calcestruzzo armato diverso da muratura portante, calcestruzzo armato

Parco residenziale - Benevento

11

Parametri: il DM requisiti definisce, oltre agli indici di prestazione energetica,

anche i seguenti parametri e coefficienti:

H’T = coefficiente medio globale di scambio termico per trasmissione per unità di

superficie disperdente espresso in kW/m²K

Asol,est /Asup utile = area solare equivalente estiva per unità di superficie utile

ηH = efficienza media stagionale dell’impianto di climatizzazione invernale

ηW = efficienza media stagionale dell’impianto di produzione dell’acqua calda sanitaria

ηW = efficienza media stagionale dell’impianto di climatizzazione estiva (compreso l’eventuale

controllo dell’umidità)

12

13

14

Bilancio di energia

Il bilancio di energia sull’involucro edilizio include quindi:

in uscita

- dispersioni termiche per trasmissione dall’ambiente interno riscaldato verso quello esterno o verso spazi non

riscaldati, Qo = QH,tr

- dispersioni termiche per infiltrazioni e/o ventilazione dall’ambiente interno riscaldato verso quello esterno o

verso spazi non riscaldati, QH,ve

in ingresso

- apporto di calore fornito dal sistema di riscaldamento, Qrisc=QH,nd

- apporti di calore gratuiti dovuti alle sorgenti interne, Qint

- apporti di calore gratuiti legati alla radiazione solare, Qsol

Sempre in relazione all’intervallo temporale Dq si ha quindi:

, , , int H nd H tr H ve solQ Q Q Q Q

• Lorem ipsum

• Lorem ipsum

• Lorem ipsum

• Lorem ipsum

• Lorem ipsum

• Lorem ipsum

15

Caratteristiche costruttive

60,31% 57,23% 58,43% 58,79% 59,24%

62,04%

19,66% 21,18% 20,59% 20,41% 20,19%

18,80%

10,79% 11,62% 11,30% 11,20% 11,08% 10,32%

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

1 2 3 4 5 6

QH,tr_opache QH,tr_trasparenti QH,ve Qint Qsol

16

Prestazione energetica involucro

Muratura portante (1,2,3,4,5,6), soffitti e pavimenti in laterizio – infissi vetro singolo e telaio metallo

pietra intonacata

sulle due facce

mattoni di tufo intonacati

sulle due facce

mattoni forati

intonacati

sulle due facce

blocchi cavi in

cls intonacati

cls intonacato

su due facce

c.a. intonacato

su due facce

17

Muratura portante (1,2,3,4,5,6), soffitti e pavimenti in laterizio – infissi vetro doppio e telaio metallo NoTT

Prestazione energetica involucro

65,70% 62,78% 63,92% 64,26% 64,69%

67,33%

12,47% 13,54% 13,12% 13,00% 12,84% 11,88% 11,75% 12,75% 12,36% 12,24% 12,10% 11,19%

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

1 2 3 4 5 6

QH,tr_opache QH,tr_trasparenti QH,ve Qint Qsol

pietra intonacata

sulle due facce

mattoni di tufo intonacati

sulle due facce

mattoni forati intonacati

sulle due facce

blocchi cavi in

cls intonacati

cls intonacato

su due facce

c.a. intonacato

su due facce

18

Muratura portante (1,2,3,4,5,6), soffitti e pavimenti in laterizio – infissi vetro doppio e telaio metallo TT

Prestazione energetica involucro

68,45% 65,65% 66,75% 67,08% 67,49%

70,01%

8,76% 9,54% 9,23% 9,14% 9,03% 8,33% 12,25% 13,33% 12,91% 12,78% 12,62% 11,64%

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

1 2 3 4 5 6

QH,tr_opache QH,tr_trasparenti QH,ve Qint Qsol

pietra intonacata

sulle due facce

mattoni di tufo intonacati

sulle due facce

mattoni forati intonacati

sulle due facce

blocchi cavi in

cls intonacati

cls intonacato

su due facce

c.a. intonacato

su due facce

19

Fonti rinnovabili

Pareti ventilate

Capacità termica

Ventilazione Sistemi di ombreggiamento

Pareti vetrate

… soluzioni tecniche e scelte progettuali.

20

Componenti chiave della progettazione energetica

Conducibilità termica

Massa termica

Capacità termica

Ermeticità

Controllo solare

Superfici

Volumi,

Rapporto S/V,

Orientamento,

Ombreggiatura

Impianti termici

Impianti elettrici

Fonti rinnovabili

Sistemi di controllo

Sistemi di monitoraggio

FORMA MATERIALI IMPIANTI

Progettazione integrata e simulazioni dinamiche

… soluzioni tecniche e scelte progettuali.

21

Metodologie di calcolo

inefficacia quando i sistemi da progettare

assumono un consistente grado di complessità.

impossibilità di valutare contemporaneamente

interazioni tra edifici

o sistemi di generazione dell’energia,

o utenze variabili,

o condizioni climatiche variabili,

o presenza di fonti rinnovabili,

o variabilità dei prezzi delle fonti fossili e

o vincoli normativi ed economico-finanziari.

Metodi di calcolo stazionari (convenzionali):

limiti principali

Possibilità di valutare:

il comportamento degli impianti al variare del

carico termico ed elettrico dell’edificio, della

modalità di gestione degli impianti e del

comportamento degli occupanti

Metodi di calcolo dinamici: perché?

l’integrazione di più tecnologie ad alta

efficienza energetica (fonti rinnovabili,

cogenerazione, solar cooling, etc) in funzione delle

caratteristiche meteo del sito, della disponibilità

e costo delle fonti energetiche e delle richieste

del territorio (approccio sistemico e integrato).

22

Differenze tra intervalli temporali di calcolo:

Stagionale Mensile Orario o suborario

Metodologie di calcolo

Metodologie di calcolo

Rischio di sovradimensionamento dell’impianto o di

operare in condizioni lontane da quelle di ottimo!

Carico di

picco

Modelli stazionari: dimensionamento di sistemi e

componenti in funzione di:

• “temperatura esterna di progetto”

• profilo di carico del giorno più critico

SVANTAGGI: impossibilità di analizzare i comportamenti

del sistema impiantistico al di fuori delle condizioni di

progetto!

Metodi dinamici: valutazione del comportamento dei

sistemi di generazione al variare del carico termico ed

elettrico dell’edificio in funzione:

• delle caratteristiche meteo del sito,

• della disponibilità e costo delle fonti energetiche,

• del comportamento delle utenze (occupanti,

illuminazione, apparecchiature),

• della modalità di gestione degli impianti.

Profilo

orario

di carico

24

qentrante + q sorgenti – quscente = Accumulo termico

qentrante: per pareti e finestre confinanti con l’esterno

quscente : per pareti disperdenti e per ventilazione

q sorgenti = q impianto+ q interno

q impianto: impianto termico

q interno: sorgenti termiche interne

Equazione di bilancio energetico fra il sistema-edificio e

l’ambiente esterno:

dt

tdTcmtermicoAccumulo i

i

i

i_mici è la capacità termica elementi

presenti nell’edificio

ACCUMULO

TERMICO

VOLANO

TERMICO

Studio dei transitori del sistema edificio impianto:

aspetto fondamentale per tener conto delle rientranze di

calore (particolarmente in regime estivo) (variabilità del verso

dei flussi termici scambiati con l’ambiente esterno).

25

L’ "INERZIA TERMICA" è l’attitudine della parete a ridurre (smorzamento) e ritardare (sfasamento) l’effetto

di sollecitazioni dinamiche sul carico termico dell’ambiente.

Al fine di limitare il fabbisogno per la climatizzazione estiva e di contenere la temperatura

interna degli ambienti, è opportuno verificare il comportamento “inerziale” della chiusura.

Inerzia termica

Si distingue tra sollecitazioni termiche ESTERNE ed INTERNE

sul lato esterno del componente

• variazione giornaliera della temperatura esterna

• variazione giornaliera della radiazione incidente sul componente

sul lato interno del componente

• radiazione solare attraverso i vetri

• occupazione, apporti interni

• intermittenza impianto di riscaldamento/raffrescamento

26

Lo strumento al quale la legislazione energetica nazionale fa riferimento per il calcolo dei parametri

termici dinamici, è la norma UNI EN ISO 13786. Tale norma è basata sul metodo delle

ammettenze e propone un modello di calcolo semplificato delle prestazioni termiche dinamiche del

componente edilizio opaco, ipotizzando una sollecitazione termica di tipo sinusoidale, con periodo di 24

ore (regime periodico stabilizzato).

I principali parametri utilizzati per la caratterizzazione dinamica dei componenti, sono:

• la capacità termica areica interna

• la trasmittanza termica periodica

• il fattore di attenuazione

• lo sfasamento termico

La capacità termica areica interna esprime

l’attitudine del componente opaco in esame

ad accumulare calore quando sottoposto ad

una sollecitazione termica dinamica sulla

sua faccia interna, ed è calcolata secondo

l’equazione

Parametri termici dinamici

27

− Il fattore di attenuazione fa è uguale al rapporto fra il massimo flusso della parete capacitiva ed il massimo flusso della parete a

massa termica nulla; esso dunque qualifica la riduzione di ampiezza dell’onda termica nel passaggio dall’esterno all’interno dell’ambiente

attraverso la struttura in esame.

Indica la differenza di temperatura e dunque la capacità di una struttura d’involucro di attenuare l’ampiezza d’onda del

flusso termico, nel suo passaggio dall’ambiente esterno a quello interno, producendo una riduzione della temperatura

esterna.

− Il coefficiente di sfasamento Φ (espresso in ore) rappresenta il ritardo temporale del picco di flusso termico della parete

capacitiva rispetto a quello istantaneo, nel passaggio dall’esterno all’interno dell’ambiente attraverso la struttura in esame.

Indica il tempo, espresso in ore, che l’onda termica esterna impiega a produrre un effetto sensibile di aumento della

temperatura superficiale nella sua parte interna; indica la capacità di una struttura d’involucro di creare una differenza

di fase d’onda del flusso termico, nel suo passaggio dall’ambiente esterno a quello interno, producendo un ritardo nel

tempo degli effetti termici esterni, espresso in ore.

Capacità termica

28

Fattore di attenuazione Sfasamento

29

30

EN ISO 13786:2008

Arch. PhD Francesca Margiotta

francesca.margiotta@enea.it